認知與腦功能測試- fNIRS近紅外腦功能成像

日立Hitachi近紅外腦功能成像系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

功能近紅外光譜成像技術(fNIRS)使用光來監(jiān)測人腦功能，功能性近紅外光譜技術是近年來新興的一種非侵入式腦功能成像技術。fNIRS進行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經(jīng)活動會導致局部的血液動力學變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對600-900nm不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，來實時、直接檢測大腦皮層的血液動力學活動。

1995年，以小泉英明為首的的日立團隊，研發(fā)近紅外光譜腦成像技術NIRS（NearInfrared Spectroscopy），首次向世界成功推出腦功能定量成像裝置。這款研究大腦皮層血氧活動變化的產(chǎn)品隨著技術的改進與經(jīng)驗的累積，已經(jīng)更新到ETG-7100，實現(xiàn)全腦同步檢測，支持高級腦功能研究。

　近紅外光可以穿透人體組織和骨骼，達到顱內(nèi)2-3cm的深度，即大腦皮質(zhì)水平。近紅外光可被大腦血紅蛋白選擇性吸收。通過選用恰當?shù)慕t外激光波長（695nm,830nm）可準確地反映出腦皮層氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的變化。由于腦活動和局部血流之間存在密切的聯(lián)系，血紅蛋白濃度的這些變化提供了腦功能的可靠度量。

相比其他腦功能成像技術，近紅外腦功能成像技術具有良好的空間分辨率、更多的測量指標、良好的舒適性和較低的成本等優(yōu)點，在認知神經(jīng)科學和人因工程應用研究中有著較為廣泛的應用；同時由于其抗運動干擾性強、便攜可穿戴等特點，系統(tǒng)在自然現(xiàn)場研究、腦機接口等領域的價值也逐漸被研究者所認識。具體應用案例包括駕駛員的認知負荷研究、多模態(tài)腦機接口研究、操作人的情緒狀態(tài)研究等。

二、產(chǎn)品特點

日立近紅外腦功能成像系統(tǒng)追求技術操作簡單，數(shù)據(jù)同步采集。

●探索大腦皮層血流動力學變化：近紅外光可以穿透人體組織和骨骼，達到顱內(nèi)2-3cm的深度，即大腦皮質(zhì)水平。近紅外光可被大腦血紅蛋白選擇性吸收。通過選用恰當?shù)慕t外激光波長（695nm，830nm）可準確地反映出腦皮層氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的變化。

●使用超短波695 nm，數(shù)據(jù)信噪比（S/N）高，噪聲少。使用兩種不同的波長來檢測氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白及總血紅蛋白的濃度變化。靈活運用血紅蛋白的光學特性，短波長檢測，采集的數(shù)據(jù)噪聲干擾小，信噪比高。

●采用分頻技術處理數(shù)據(jù)，不受外來光干擾。分頻采集，室內(nèi)照明條件下檢測：采用Lock-in方式按照中心頻率變頻調(diào)節(jié)近紅外光，分頻采集使通道之間數(shù)據(jù)互不干擾，實現(xiàn)所有通道數(shù)據(jù)同時相檢測，避免不同時相引起的檢查誤差。頻率固定，采用雪崩光電二極管對抗外來光干擾性強，實現(xiàn)室內(nèi)照明條件下檢測。

●通道間數(shù)據(jù)無時間差，實現(xiàn)全通道同時相采集。

●探頭帽易佩戴，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高。硅膠探頭架，L 型光纖探頭，探頭位置任意可調(diào)。

三、產(chǎn)品型號

1、日立ETG-7100功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進行48、72、96、120通道同時測量。可多通道同時測量多處所需部位。迎合檢測部位設計的探頭裝置可方便的完成檢測，如腦功能定位測定。測量時無創(chuàng)傷、無束縛感。舒適的頭套及精巧的探頭設計，只需將探頭與頭皮接觸，便可以安全且多次反復進行測量。裝置輕小可移動，無需屏蔽室等特殊設備和環(huán)境。

●技術參數(shù)

同時測量的通道數(shù)： 48-120通道，支持近紅外超掃描、多模態(tài)腦功能測試。

信號采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時計測）

光源波長： 2波長（695nm，830nm)

探測器： APD（雪崩光電倍增管）

2、日立ETG-4100功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進行24，31，48，52通道同時測量。系統(tǒng)探頭佩戴簡便，硅膠探頭架，L型光纖探頭，探頭位置任意可調(diào)。采用分頻采集，可室內(nèi)照明條件下檢測，采用Lock-in方式按照中心頻率變頻調(diào)節(jié)近紅外光，分頻采集使通道之間數(shù)據(jù)互不干擾，實現(xiàn)所有通道數(shù)據(jù)同時相檢測，避免不同時相引起的檢查誤差。頻率固定，采用雪崩光電二極管對抗外來光干擾性強，實現(xiàn)室內(nèi)照明條件下檢測。

●技術參數(shù)

同時測量的通道數(shù)： 24-52通道

信號采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時計測）

光源波長： 2波長（695nm，830nm)

探測器： APD（雪崩光電倍增管）

SFDA注冊證：有

3、日立WOT-1000功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：可進行16通道同時測量。設備小巧輕便，可放入一個包里。頭部光圈和便攜控制盒可實現(xiàn)獨立檢測。內(nèi)嵌光纖，不受光纖長度的束縛，廣范圍內(nèi)可自由活動。探頭接觸面積大，被試檢測時佩戴更舒適。一個筆記本電腦可同時對應四套發(fā)射裝置，實現(xiàn)四人同時檢測，便于相互交流與合作。

●技術參數(shù)

同時測量的通道數(shù)：16通道

信號檢測方式：分時采集

光源波長： 2波長（705nm,830nm)

探測器：激光二極管

4、日立ETG-One功能性近紅外腦成像系統(tǒng)：：可進行24通道同時測量。系統(tǒng)可實時檢測并顯示腦皮質(zhì)功能活動，多通道同時檢測多處所需部位，無創(chuàng)傷、無束縛感。

●技術參數(shù)

同時測量的通道數(shù)： 22通道

信號采集方式：中心頻率變頻調(diào)節(jié)（可全通道同時計測）

光源波長： 2波長（695nm,830nm)

探測器： APD（雪崩光電倍增管）

SFDA注冊證：有

四、產(chǎn)品功能

1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統(tǒng)：日立Hitachi提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，日立Hitachi超掃描系統(tǒng)的模塊化設計可以提供2人以上實時同步進行腦功能超掃描測試使用并支持完全的數(shù)據(jù)同步。fNIRS超掃描技術提供了比fMRI超掃描技術更為真實的實驗環(huán)境、比EEG超掃描技術更好的空間精度，正成為認知與行為研究中的重要研究工具。

2、EEG-fNIRS多模態(tài)腦功能測試系統(tǒng): 日立Hitachi近紅外腦功能成像系統(tǒng)可以和NeurOne高精度腦電測量系統(tǒng)搭配使用，將EEG和fNIRS進行整合發(fā)揮二者的優(yōu)勢，EEG的時間分辨率高，但是空間分辨率低；fNIRS的時間分辨率低，實時性較差，但是空間分辨率高。為了準確、全面、實時的測量大腦在認知過程中的活動，實現(xiàn)全面、實時的腦成像方式無疑是一種更好的策略。結(jié)合EEG與fNIRS的多模態(tài)腦成像技術在認知神經(jīng)科學研究中有著很好的應用前景，同時還可搭建多模態(tài)腦-機接口系統(tǒng)。

3、強大的分析功能：

①提供“一站式”解決方案系統(tǒng)軟件，從實驗設計到檢測，從原始數(shù)據(jù)到分析，ETG-4100“一站式”解決方案提供各種工具。

②實驗設計中提供“Event”和“Stim”(block設計)兩種檢測模式。

③提供多數(shù)據(jù)分析（相同Block加算平均、組間數(shù)據(jù)分析含計算組內(nèi)數(shù)據(jù)平均值、組間差異比較、t檢驗等）、波形分析（興趣區(qū)域數(shù)據(jù)分析）、主成分分析在線分析軟件，并可將原始數(shù)據(jù)導出進行線下軟件分析。

六、同步方案

日立HITACHI全系列功能性近紅外腦成像系統(tǒng)通過結(jié)合ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺可以實現(xiàn)在不同實驗環(huán)境下對裝備及系統(tǒng)進行主觀和客觀定量的人機交互測試、人因與工效學分析與評價：通過ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺與廣泛的數(shù)據(jù)同步，將近紅外腦成像數(shù)據(jù)與廣泛的數(shù)據(jù)同步，包括常用的生理數(shù)據(jù)GSR皮膚電，呼吸和心率等、EEG腦電，眼動、人體動作，行為觀察、面部表情、生物力學、人機交互。實現(xiàn)極低延遲的同步水平同時確保您的整體方案的便攜性。

如果研究人員希望得到比實時觀察更深入、全面的結(jié)論， ErgoLAB可提供數(shù)據(jù)后期分析的強大工具。ErgoLAB人機環(huán)境同步云平臺綜合統(tǒng)計分析模塊包含多維度人-機-環(huán)境數(shù)據(jù)綜合分析、EEG腦電分析與可視化、眼動分析與可視化、行為觀察分析、面部表情分析、動作姿態(tài)傷害評估與工效學分析、交互行為分析、時空行為分析、車輛與駕駛行為分析（ErgoLAB駕駛版本）、HRV心率變異性分析、EDA/GSR皮電分析、RESP呼吸分析、EMG肌電分析、General通用信號分析（如SKT皮溫分析、EOG眼電分析以及其他環(huán)境與生物力學信號分析）。系統(tǒng)具備專門的信號處理模塊以及開放式信號處理接口，可以直接導出可視化分析報告以及原始數(shù)據(jù)，支持第三方集成與定制開發(fā)。

七、廠家介紹

北京津發(fā)科技股份有限公司是國家級高新技術企業(yè)、科技部認定的科技型中小企業(yè)和中關村高新技術企業(yè)，具備軍工國防武器裝備科研生產(chǎn)保密資質(zhì)，具備自主進出口經(jīng)營權(quán)；自主研發(fā)的人因工程與工效學相關技術、產(chǎn)品與服務榮獲多項省部級科學技術獎勵、國家發(fā)明專利、國家軟件著作權(quán)和省部級新技術新產(chǎn)品（服務）認證；通過了歐洲 CE、美國 FCC、歐盟 RoHS、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 等多項國際認證和國家防爆認證。

津發(fā)科技設立人因工程專業(yè)的學術科研團隊、技術團隊及研發(fā)團隊，并通過多年與科研機構(gòu)及高校的產(chǎn)學研合作，積累了人因與工效學領域多項核心技術，以及基于機器學習等人工智能算法的狀態(tài)識別和人機工效評價技術與研究方法等，是國內(nèi)領先的人因工程技術創(chuàng)新中心！津發(fā)科技的實驗室規(guī)劃建設技術團隊提供全方位的技術支持及售后服務，從實驗室建設的規(guī)劃與布局，到設備的培訓與指導，全方位多角度的進行實驗室建設的全生命周期的服務。